摘要：" 生态化学计量是研究生态系统元素平衡与评价地球化学循环的重要方法，明确桉树人工林土壤团聚体尺度下的微生物量C、N、P化学计量特征，对桉树人工林的综合管理和可持续利用具有重要意义。本研究在野外调查的基础上，选择连栽第1代（I）、第2代（II）、第3代（III）桉树人工林为研究对象。通过适宜湿度分级法将林下土壤（0～20 cm和20～40 cm）分为gt;2 mm、1～2 mm、0.25～1 mm和lt;0.25 mm粒级团聚体，并测定其中微生物量C（MBC）、微生物量N（MBN）、微生物量P（MBP）含量以及土壤微生物化学计量比（C∶NM、C∶PM、N∶PM）。结果表明：连栽第3代的桉树人工林土壤团聚体稳定性最强，同时土壤微生物量（MBC、MBN、MBP）在该林分中更为丰富，说明较优的土壤结构能为微生物提供良好的生存环境，从而促进微生物生长。Pearson相关分析表明，gt;2 mm粒级团聚体是决定土壤微生物化学计量特征变化的主要因子。因此，在桉树人工林经营管理过程中，促进微团聚体向大团聚体（gt;2 mm）转变，不仅能够增强土壤结构的稳定性，还能促进微生物生长。
关键词：" 桉树人工林；" 土壤团聚体；" 微生物化学计量
中图分类号：" "S 714. 5" " " " " " " "文献标识码：" "A" " " " nbsp; " " " 文章编号：１００1 － 9499（２０24）06 － 0022 － 06
Soil Microbial Stoichiometric Characteristics of Different
Successive Generations of Eucalyptus Plantations
YU Pingfu1 XIAN Minghua1 DAI Shuqiong1 XIE Guilian1 MO Zongming1** LU Xuegan2
（1." Guangxi Zhuang Autonomous Region State-owned Dagui Mountain Farm，" Guangxi Hezhou 542899;" 2." College of Forestry， Guangxi University，" Guangxi Nanning 530004）
Abstract Ecological stoichiometry is an important method to study the balance of ecosystem elements and evaluate geochemical cycles. It is of great significance to identify the C， N and P stoichiometric characteristics of soil microbial biomass at the aggregate scale of Eucalyptus plantation， which is of great significance to the integrated management and sustainable utilization of Eucalyptus plantation. On the basis of field investigation， the first generation （I）， second generation （II）， and third generation （III） Eucalyptus plantations were selected as the research objects. Soil samples （0-20 cm and 20-40 cm） were divided into gt;2 mm， 1-2 mm， 0.25-1 mm and lt;0.25 mm aggregates by suitable moisture classification method. The contents of microbial biomass C （MBC）， microbial biomass N （MBN）， microbial biomass P （MBP） and soil microbial stoichiometric ratio（C∶NM， C∶PM， N∶PM） were determined. The results showed that the soil aggregate stability of the 3rd generation Eucalyptus plantation was the strongest， and the soil microbial biomass （MBC， MBN， MBP） was more abundant in the stand， indicating that the better soil structure could provide a good living environment for microorganisms and promote the growth of microorganisms. Pearson correlation analysis showed that the gt;2 mm aggregates were the main factor determining the changes of soil microbial stoichiometric characteristics. Therefore， in the process of Eucalyptus plantation management， promoting the transformation of micro-aggregates to large aggregates（gt;2 mm） can not only enhance the stability of soil structure， but also promote the growth of microorganisms.
Key words Eucalyptus plantation; soil aggregate; microbial stoichiometry
土壤微生物作为森林生态系统的重要组成部分，是物质循环和能量流动的重要媒介，承担着分解者的重要作用，它不仅可以通过分解土壤中的枯枝落叶等，参与土壤中的碳（C）、氮（N）、磷（P）循环，还能有效调控生态系统中矿质化和腐殖化过程，从而驱动生态系统土壤养分释放和能量流动[ 1 ]。微生物量碳（MBC）是微生物在有机体中进行生理、生化反应所需的重要能量来源，微生物量氮（MBN）和微生物量磷（MBP）则是微生物生长繁殖过程中不可或缺的营养元素[ 2 ]。土壤C∶NM（MBC∶MBN）能反映土壤微生物群落的种类、结构以及区系组成，其比值越大，土壤真菌占微生物总量的比例也随之增大。此外，土壤C：NM还能表征土壤有机质质量状况，其比值越小，土壤中有效N越丰富[ 3 ]。土壤C∶PM（MBC∶MBP）可以用来评估微生物矿化土壤有机物质和释放P元素的潜力，或从环境中吸收和固持P元素的潜力。当C：PM较低时，土壤微生物可能处于P过剩状态，趋于向土壤中释放有效P；当C∶PM较高时，土壤微生物可能处于P匮乏状态，趋于从土壤中吸收有效P，从而与植物一同竞争土壤中的有效P[ 4 ]。土壤N∶PM（MBN∶MBP）在一定程度上反映出植物对N和P的需求，其比值越小，说明对N需求越大；反之说明对P需求更大[ 5 ]。土壤微生物化学计量被认为是指示土壤质量变化的重要因子和预测指标，同时可以反映生态系统的养分循环及其推动植物生长代谢的能力。因此，与土壤化学计量特征相比，微生物化学计量特征能更好地反映土壤中资源分配与养分需求的变化，能够反映植物对营养元素的约束程度[ 6 ]。
土壤团聚体是土壤结构的基本单元，对土壤生态功能的维持至关重要[ 7 ]。团聚体的形成是一个渐进的过程，不同粒级团聚体存在不同的形成机制[ 7 ]。多价金属阳离子和有机物可通过吸附或共沉淀与矿物表面相互结合形成微团聚体（lt;0.25 mm），然后再与其他微团聚体胶结在一起形成大团聚体（gt; 0.25 mm）[ 8 ]。或者，当大团聚体内部的有机胶结物质被分解或微生物代谢物被释放，微团聚体就成为团聚体的周转产物而出现[ 8 ]。土壤微生物量在大小不同的土壤团聚体中的分布有所差异。一部分研究认为，大团聚体中微生物量及其活性比较高[ 9 ]；而另一部分研究则认为微团聚体中微生物具有较高的活性，土壤微生物主要吸附在小颗粒上[ 10 ]。在团聚体尺度上研究土壤微生物化学计量特征可以更好地利用土壤团聚体的形成和稳定机制来定向培育土壤肥力，尤其对促进土壤生态系统健康和可持续发展具有重要的理论和应用价值。
桉树（Eucalyptus spp.）是我国人工林中一种重要的速生木材，其经济价值高、生长速度快、产量高、材质优[ 11 ]。然而，由于多代连栽常导致林分土壤肥力下降、林分结构单一、生态系统稳定性下降等问题[ 12 ]。因此，本研究以广西国有大桂山林场为研究区域，选取连栽第1代（I）、第2代（II）、第3代（III）桉树人工林为研究对象，从土壤团聚体角度出发，探究连栽代次对桉树人工林土壤MBC、MBN、MBP含量及其比例的影响，旨在明晰由土壤微生物介导的养分循环过程，为桉树人工林的种植模式及林下土壤的综合管理提供科学依据。
1 材料与方法
1. 1 研究区域概况
研究区域位于广西贺州市八步区大桂山林场（111°20′5″～111°54′39″E，23°58′33″～24°14′25″N），属亚热带季风地区，年降水量为2 000～2 600 mm，年气温为18.0～21.0 ℃。地形以低矮的丘陵为主，成土母岩主要为砂页岩，土壤类型为砖红壤，质地为壤质粘土。
1. 2 样地设置
选取具有充分代表性的连栽第1代（I）、第2代（II）、第3代（III）桉树人工林，所有连栽代次的桉树均为2年生，行距2 m×3 m，坡度15°～20°，海拔723～730 m。各林分仅在造林初期进行抚育，以保证成活率，此后均遵循近自然林的经营原则。在各林分中随机设置3个30 m×30 m的标准样方作为3个重复，共计9个标准样方（3个林分×3个重复）。
1. 3 样品采集
在每个标准样方内用网格法布置9个1 m×1 m的采样点，采集土壤表面的凋落物，用于凋落物基本性质的测定（表1）。从表层向下按0～20 cm和20～40 cm土层采集原状土壤，将采集的土壤分层混合，一共得到18个混合土样（3个林分×3个重复×2个土层）。将每个混合土样沿其自然结理分开，过5 mm筛除去小石块和动植物残体等，置于室内阴凉通风处风干。风干后的土样一部分用于全土基本性质的测定（表1），另一部分用于团聚体分级。
1. 4 团聚体分级
土壤团聚体分级采用适宜湿度分级法[ 9 ]，在4 ℃条件下，将已初步过筛的土块（lt;5 mm）进行风干，以达到约60 g/kg的含水量。风干土块采用连续直径为2 mm、1 mm和0.25 mm的筛子，垂直振荡15 min，振幅为50 mm。通过该方法得到gt;2 mm、1～2 mm、0.25～1 mm和lt;0.25 mm粒级团聚体。在计算团聚体组成及其稳定性的同时，测定各粒级团聚体MBC、MBN和MBP含量。
1. 5 指标测定
本研究相关指标均采用常规方法测定[ 13 ]。土壤有机C采用外加热重铬酸钾氧化-分光光度法测定；土壤全N采用连续流动分析仪法测定；土壤MBC和MBN采用氯仿熏蒸-K2SO4 浸提法测定；土壤MBP采用氯仿熏蒸-NaHCO3浸提法测定。
1. 6 指标计算
土壤团聚体稳定性由平均重量直径（MWD，mm）和几何平均直径（GMD，mm）表征，其计算公式为[ 11 ]：
MWD=（XiWi）（1）
GMD=exp（2）
式中，Xi为第i粒级团聚体的平均直径（mm）；Wi为第i粒级团聚体的质量百分比（%）。
土壤MBC含量（mg/kg）的计算公式为[ 6 ]：
MBC=EC/KEC（3）
式中，EC=熏蒸土壤样品中提取的C量－未熏蒸土壤样品中提取的C量，转换系数KEC=0.45。
土壤MBN含量（mg/kg）的计算公式为[ 6 ]：
MBN=EN/KEN（4）
式中，EN=熏蒸土壤样品中提取的N量－未熏蒸土壤样品中提取的N量，转换系数KEN=0.54。
土壤MBP含量（mg/kg）的计算公式为[ 6 ]：
MBP=EP/KEP/R（5）
式中，EP=熏蒸土壤样品中提取的P量－未熏蒸土壤样品中提取的P量，转换系数KEP=0.40，R为添加KH2PO4后P的回收率。
1. 7 数据处理
应用SPSS（27.0）软件进行统计分析，采用单因素方差分析评价连栽代次对凋落物和土壤基本性质的影响。采用双因素方差分析检测连栽代次和团聚体粒级对土壤性质的影响。在Plt;0.05水平上，对不同连栽代次和团聚体粒级的微生物化学计量特征进行LSD检验，利用Pearson相关分析探讨了团聚体与微生物量之间的关系。应用Origin（2023）软件绘制Pearson相关关系图。
2 结果与分析
2. 1 土壤团聚体组成及其稳定性
不同连栽代次桉树人工林土壤团聚体主要以gt;2 mm粒级为主，表现为林分Ⅲgt;Ⅱgt;Ⅰ，其质量百分比范围为0～20 cm和20～40 cm，土层分别为35.41%～49.36%和31.21%～46.12%（表2）。土壤团聚体MWD和GMD在不同林分之间差异显著，表现为林分Ⅲgt;Ⅱgt;Ⅰ，且随土层深度的增加而减小。
2. 2 土壤团聚体微生物量
不同连栽代次桉树人工林土壤MBC、MBN和MBP含量随着团聚体粒级的增大而升高，主要集中在gt;2 mm粒级团聚体。另外，土壤MBC、MBN和MBP含量主要表现为林分Ⅲgt;Ⅱgt;Ⅰ，且随土层深度的增加而降低（表3）。在0～20 cm土层，MBC含量的变化范围是160.12～284.21 mg/kg，MBN是17.34～26.45 mg/kg，MBP是12.11～18.12 mg/kg。在20～40cm土层，MBC含量的变化范围是134.25～204.37 mg/kg，MBN是14.01～17.85 mg kg，MBP是6.13～10.12 mg/kg。
2. 3 土壤团聚体微生物化学计量
土壤C∶NM、C∶PM和N∶PM比值在不同粒级团聚体之间无显著差异。同时，在不同连栽代次之间也无显著差异（表4）。在0～20 cm土层，C∶NM的变化范围是8.42～10.75，C∶PM是10.92～15.68，N∶PM是1.30～1.51。在20～40 cm土层，C∶NM的变化范围是9.58～11.59，C∶PM是19.78～22.77，N∶PM是1.74～2.29。土壤C∶NM、C∶PM和N∶PM比值表现为随土层深度的增加而升高。
2. 4 土壤团聚体与微生物关系
Pearson相关分析表明（图1），在0～20 cm土层，MBC、MBP含量与gt;2 mm粒级团聚体比例、MWD、GMD呈显著正相关（Plt;0.05），MBC含量与lt; 0.25 mm粒级团聚体比例以及MBP含量与0.25～ 1 mm粒级团聚体比例呈显著负相关（Plt;0.05），N∶PM与0.25～1 mm粒级团聚体比例呈显著正相关（Plt;0.05）。在20～40 cm土层，MBC、MBP含量与gt;2 mm粒级团聚体比例呈显著正相关（Plt;0.05）。由此可见，无论是0～20 cm土层还是20～40 cm土层，gt;2 mm粒级团聚体比例对土壤微生物量的变化具有重要影响。
3 讨 论
3. 1 土壤团聚体组成及其稳定性
在本研究中，桉树人工林土壤以gt;2 mm粒级团聚体为主，同时土壤团聚体MWD和GMD呈现林分Ⅲgt;Ⅱgt;Ⅰ的变化趋势，说明桉树人工林土壤团聚体在连栽第3代时更加稳定，这主要是因为连栽第3代的桉树人工林在凋落物数量上具有优势（表1）。具体而言，连栽第3代的桉树人工林林下植被丰富，凋落物数量多、种类杂、厚度大，能够对土壤结构提供物理保护，减少水土流失，从而保护土壤团聚体不被破坏[ 14 ]。
不同连栽代次的桉树人工林土壤团聚体稳定性（由MWD和GMD表征）在0～20 cm土层高于20～40 cm土层，这主要是因为表层土壤有大量凋落物覆盖，从而促进了土壤有机质的积累（土壤有机质含量由有机C和全N含量表征，表1）[ 15 ]。土壤有机质作为土壤团聚体的重要胶结剂，它的积累可以促进微团聚体向大团聚体转化，从而提升土壤团聚体稳定性。
3. 2 土壤团聚体微生物量
土壤有机质是土壤团聚体的主要成分，为了进一步探讨土壤有机质的积累和分解，需要在团聚体尺度上检测土壤微生物量（由MBC、MBN和MBP表征）[ 16 ]。土壤有机质中含有与微团聚体稳定有关的持久结合剂和与大团聚体形成有关的临时结合剂，由于C、N和P是土壤有机质的结构元素，所以不同粒级团聚体中MBC、MBN和MBP含量会影响有机质含量的变化[ 17 ]。在本研究中，不同连栽代次的桉树人工林土壤MBC、MBN和MBP含量均在gt;2 mm粒级团聚体中最高，这主要是因为gt;2 mm粒级团聚体能够物理保护其中根系分泌物和凋落物残留物等有机质，从而为微生物的生长和繁殖提供了更多代谢基质，最终导致土壤微生物在该粒级团聚体中聚集[ 15 ]。
本研究结果表明，连栽代次对桉树人工林土壤微生物量影响显著。一方面，土壤微生物量和有机质之间存在着紧密的联系，连栽第1代的桉树人工林土壤有机质含量较低（表1），从而限制微生物的生长，使微生物量减少[ 18 ]。另一方面，在连栽第3代的桉树人工林中，凋落物和根系分泌物的积累可为微生物的生长提供更多代谢基质，从而提高土壤微生物量[ 18 ]。
在不同连栽代次的桉树人工林中，表层（0～" 20 cm）土壤MBC、MBN和MBP含量均高于亚表层（20～40 cm）土壤。一方面是因为表层土壤植物残体密集，植物根系发达，根系分泌物丰富，可为土壤微生物提供充足的代谢底物。另一方面是因为表层土壤结构良好（由团聚体稳定性表征，表2），有利于微生物的生长。
3. 3 土壤团聚体微生物化学计量
微生物量不仅是土壤中有效性养分的供给源，也是养分贮存库，其化学计量比能够反映出养分是否满足土壤微生物生长的需求，同时还决定着土壤C、N、P活化的程度，因此C、N、P有效性的关键在于微生物化学计量特征[ 5 ]。在本研究中，桉树人工林土壤C∶NM、C∶PM和N∶PM在不同粒级团聚体之间无显著差异，表明团聚体粒级对土壤微生物群落结构无显著影响。
在本研究中，桉树人工林土壤C：NM在0～20 cm和20～40 cm土层的变化范围分别为8.42～10.75和9.58～11.59，说明桉树人工林土壤微生物群落以真菌为优势菌群[ 6 ]。在0～20 cm和20～40 cm土层中，C∶P M的变化范围分别为10.92～15.68和19.78～" "22.77，均低于全球平均水平42.40[ 10 ]，说明本研究区域中的桉树人工林土壤释放P的潜能较弱，土壤微生物常处于缺P状态。桉树人工林土壤N∶PM在0～20 cm和20～40 cm土层的的变化范围分别为1.30～1.51和1.74～2.29，均低于全球平均水平5.60[ 10 ]，这可能与亚热带土壤长期缺P造成的土壤微生物对P的固定作用有关。
不同连栽代次的桉树人工林土壤C∶NM、C∶PM和N∶PM均随土层深度的增加而升高，一方面说明在20～40 cm土层中，土壤真菌较丰富；另一方面说明在20～40 cm土层中，MBP过剩程度更高，深层土壤受到的P限制程度更为严重。
3. 4 土壤团聚体与微生物关系
Pearson相关分析表明，gt;2 mm粒级团聚体比例是引起土壤微生物化学计量特征变化的关键指标（图1）。有研究表明，土壤大团聚体比例越高，团聚体稳定性越强。这是因为在大团聚体的形成过程中，颗粒之间有较强的相互作用，能够更好地抵抗外界环境的影响，从而更有利于土壤结构的稳定[ 19 ]。此外，大团聚体比例高的土壤具有良好的渗透性，有利于水、肥、气、热的运输和转移，这种环境更有利于微生物的生长[ 20 ]。在本研究中，连栽第3代的桉树人工林具有良好的土壤结构，宜于土壤微生物的生长和繁殖，从而促进了土壤养分循环和能量流动。
4 结 论
在本研究中，连栽第3代的桉树人工林土壤团聚体稳定性最强，同时土壤微生物量（MBC、MBN、MBP）在该林分中更为丰富，说明较优的土壤结构能为微生物提供良好的生存环境，从而促进微生物生长。Pearson相关分析表明，gt;2 mm粒级团聚体是决定土壤微生物化学计量特征变化的主要因子。因此，在桉树人工林经营管理过程中，促进微团聚体向大团聚体转变，不仅能够增强土壤结构的稳定性，还能促进微生物生长。
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